CN115466676B - 用于体外器官微球制备的温控装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于体外器官微球制备的温控装置，温控装置包括低温液化装置，低温液化装置包括：芯片放置部，芯片放置部上设有芯片放置槽、油相流道槽、水相流道槽和微球流体出口流道槽；储液装置放置部，芯片放置部高于储液装置放置部，储液装置放置部中设有水相储液装置槽和油相储液装置槽，水相储液装置槽和油相储液装置槽的开口均朝向芯片放置部所在方向；制冷板，制冷板设置在芯片放置部和/或储液装置放置部的至少部分表面。本发明能够确保整个制备过程中芯片及储液装置都能充分接触低温液化装置以维持液化状态，同时可以适配不同容量的储液装置。整个装置操作方便，兼容性高，可广泛应用于体外器官微球制备过程。

Description

用于体外器官微球制备的温控装置

技术领域

本发明涉及体外器官技术领域，具体而言，本发明涉及用于体外器官微球制备的温控装置。

背景技术

近些年来，体外器官微球在药物筛选以及精准医疗等领域崭露头角，由于其与体内来源的组织或器官高度相似，可复制出一份活组织的复杂空间形态并能够表现出细胞与细胞以及细胞与基质间的相互作用，是一种优质的体外模型。然而，由于体外器官微球的制备过程复杂，通常在制备全过程中需要维持低温环境以防止基质胶凝固。此外，目前体外器官微球的制备多为手动制备，无法保证制备出的体外器官微球具有良好的均一性，因此很难实现体外器官微球的标准化制备，进而无法满足药物筛选及精准医疗等领域的规模化制备需求。

目前出现了一些利用微流控芯片自动化制备体外器官微球的技术，其中在制备过程中全程保持低温状态是整个制备过程的前提。当前保持低温的方法往往是将整个装置放置于4℃冰箱中，但此方法有诸多缺点：首先在操作过程中冰箱门无法紧闭因而无法保证温度恒定；其次冰箱由于体积庞大无法放置在生物安全柜中进行操作，因而无法保证制备过程的无菌性，容易污染；最后由于冰箱为一个外部的独立设备，无法实现整个自动化制备系统的集成需求。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种用于体外器官微球制备的温控装置。本发明能够确保整个制备过程中芯片及储液装置都能充分接触低温液化装置以维持液化状态，同时可以适配不同容量的储液装置。整个装置操作方便，兼容性高，可广泛应用于体外器官微球制备过程。

本发明提出了一种用于体外器官微球制备的温控装置。根据本发明的实施例，所述用于体外器官微球制备的温控装置包括低温液化装置，所述低温液化装置包括：

芯片放置部，所述芯片放置部上设有芯片放置槽、至少一个油相流道槽、至少一个水相流道槽和至少一个微球流体出口流道槽，所述油相流道槽、所述水相流道槽和所述微球流体出口流道槽分别与所述芯片放置槽相连；

储液装置放置部，所述芯片放置部高于所述储液装置放置部，所述储液装置放置部中设有至少一个水相储液装置槽和至少一个油相储液装置槽，所述水相储液装置槽和所述油相储液装置槽的开口均朝向所述芯片放置部所在方向；

制冷板，所述制冷板设置在所述芯片放置部和/或所述储液装置放置部的至少部分表面。

根据本发明上述实施例的用于体外器官微球制备的温控装置，采用制冷板将低温液化装置维持在设定低温下，确保整个制备过程的恒定低温，解决了现有技术中由于冰箱门无法关闭而产生的温度不稳定问题。且低温液化装置集芯片放置槽、水相储液装置槽和油相储液装置槽于一体，可实现微流控芯片、储液装置以及连接的管道与低温液化装置的紧密接触，进而避免制备过程中由于某个部分的不稳定而导致的基质胶凝固及堵塞问题，同时还缩短了微流控芯片与储液装置互连的管道长度，解决了制备过程中的死体积问题，进而避免了样本的浪费。同时，本装置可根据微流控芯片的结构及储液装置的结构灵活设计各部分组件结构，具有高兼容性，可使所有部件尽可能充分接触本装置的温控部分，确保温度稳定。另外，本装置的体积小巧，便于系统的集成及放置在生物安全柜中使用，避免污染问题。

另外，根据本发明上述实施例的用于体外器官微球制备的温控装置还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述低温液化装置还包括：隔热板，所述隔热板设置在所述芯片放置部和/或所述储液装置放置部的未设置所述制冷板的表面。

在本发明的一些实施例中，所述温控装置还包括：加热固化装置，所述加热固化装置上设有微球流体管，所述微球流体管与所述微球流体出口流道槽相连。

在本发明的一些实施例中，所述加热固化装置包括加热固化板，所述微球流体管弯折平铺在所述加热固化板上。

在本发明的一些实施例中，所述低温液化装置还包括：温度传感器，所述温度传感器设置在所述芯片放置部和/或储液装置放置部上。

在本发明的一些实施例中，所述制冷板设置在所述储液装置放置部的相对的两个侧面上。

在本发明的一些实施例中，所述隔热板设置在所述储液装置放置部的剩余两个侧面以及底面上。

在本发明的一些实施例中，所述芯片放置槽的形状可适配T型结构微流控芯片和流体聚焦型微流控芯片，所述油相流道槽包括两个，所述水相流道槽包括两个，所述微球流体出口流道槽包括一个。

在本发明的一些实施例中，所述水相储液装置槽设置在所述储液装置放置部的靠近所述水相流道槽的一侧，所述油相储液装置槽设置在所述储液装置放置部的靠近所述油相流道槽的一侧。

在本发明的一些实施例中，所述水相储液装置槽沿高度方向在所述储液装置放置部中延伸，所述油相储液装置槽沿所述高度方向在所述储液装置放置部中延伸。

在本发明的一些实施例中，所述制冷板为半导体制冷板。

在本发明的一些实施例中，所述低温液化装置采用铝合金材质。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的低温液化装置的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的温控装置的俯视图；

图3是根据本发明实施例的加热固化装置的俯视图；

图4是根据本发明实施例的放置水相储液装置后的低温液化装置的截面图；

图5是实施例1培养的体外器官微球的示意图。

附图标记：

100-低温液化装置，110-芯片放置部，111-第一流道槽，112-第二流道槽，113-第三流道槽，114-第四流道槽，115-第五流道槽，116-芯片放置槽，120-储液装置放置部，121-水相储液装置槽，121-1-水相储液装置，121-2-盖子，122-油相储液装置槽，130-制冷板，140-隔热板；200-加热固化装置，201-加热固化板，202-微球流体管。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本发明提出了一种用于体外器官微球制备的温控装置，参考附图1和2，温控装置包括：包括低温液化装置100，低温液化装置100包括：芯片放置部110，芯片放置部110上设有芯片放置槽116、至少一个油相流道槽、至少一个水相流道槽和至少一个微球流体出口流道槽，油相流道槽、水相流道槽和微球流体出口流道槽分别与芯片放置槽116相连；储液装置放置部120，芯片放置部110高于储液装置放置部120，储液装置放置部120中设有至少一个水相储液装置槽121和至少一个油相储液装置槽122，水相储液装置槽121和油相储液装置槽122的开口均朝向芯片放置部110所在方向；制冷板，制冷板设置在芯片放置部110和/或储液装置放置部120的至少部分表面。由此，采用制冷板将低温液化装置100维持在设定低温下，确保整个制备过程的恒定低温，解决了现有技术中由于冰箱门无法关闭而产生的温度不稳定问题。且低温液化装置100集芯片放置槽116、水相储液装置槽121和油相储液装置槽122于一体，可实现微流控芯片、储液装置以及连接的管道与低温液化装置100的紧密接触，进而避免制备过程中由于某个部分的不稳定而导致的基质胶凝固及堵塞问题，同时还缩短了微流控芯片与储液装置互连的管道长度，解决了制备过程中的死体积问题，进而避免了样本的浪费。同时，本装置可根据微流控芯片的结构及储液装置的结构灵活设计各部分组件结构，具有高兼容性，可使所有部件尽可能充分接触本装置的温控部分，确保温度稳定。另外，本装置的体积小巧，便于系统的集成及放置在生物安全柜中使用，避免污染问题。

在本发明的实施例中，芯片放置部110上设有芯片放置槽116，芯片放置槽116的具体形状并不受特别限定，其形状取决于微流控芯片的形状。优选地，芯片放置槽116的形状可同时适配T型结构微流控芯片和流体聚焦型微流控芯片。

在本发明的实施例中，芯片放置部110上设有至少一个油相流道槽、至少一个水相流道槽和至少一个微球流体出口流道槽，油相流道槽与油相储液装置相连，水相流道槽与水相储液装置相连，油相储液装置和水相储液装置的进气管分别连接压力控制器，压力控制器由隔膜泵提供动力源，开启动力源，分别调节进入油相储液装置和水相储液装置的压力，油相储液装置内的油相在压力的作用下通过管道(例如PTFE管)流入油相流道槽内，然后流入微流控芯片中。同样地，水相储液装置内的水相在压力的作用下通过管道(例如PTFE管)流入水相流道槽内，然后流入微流控芯片中。流入微流控芯片中的水相和油相在微流控芯片中进行体外器官微球自动化制备，制备后的体外器官微球经微球流体出口流道槽流出低温液化装置100。水相包括细胞(例如可以为肠肿瘤细胞)和水凝胶(例如可以为基质胶matrigel)，水凝胶作为细胞的分散介质。油相用于将水相形成微球，即体外器官微球。

在本发明的实施例中，当芯片放置槽116的形状可适配T型结构微流控芯片和流体聚焦型微流控芯片时，参考附图2，芯片放置部110上设有第一流道槽111、第二流道槽112、第三流道槽113、第四流道槽114和第五流道槽115。当芯片放置槽116内放置T型结构微流控芯片时，水相进样管置于第一流道槽111处(即第一流道槽111作为水相流道槽使用)，油相进样管置于第三流道槽113处(即第三流道槽113作为油相流道槽使用)，出样管置于第四流道槽114处(即第四流道槽114作为微球流体出口流道槽使用)。当芯片放置槽116内放置流体聚焦型微流控芯片时，水相进样管置于第二流道槽112处(即第二流道槽112作为水相流道槽使用)，油相进样管为两根，分别置于第三流道槽113及第四流道槽114处(即第三流道槽113及第四流道槽114同时作为油相流道槽使用)，出样管置于第五流道槽115处(即第五流道槽115作为微球流体出口流道槽使用)。

在本发明的实施例中，参考附图1，芯片放置部110高于储液装置放置部120，作为一个具体示例，芯片放置部110设置在储液装置放置部120上，例如可以设置在储液装置放置部120的一角。

在本发明的实施例中，参考附图1，储液装置放置部120中设有至少一个水相储液装置槽121和至少一个油相储液装置槽122，水相储液装置槽121和油相储液装置槽122的开口均朝向芯片放置部110所在方向，即水相储液装置槽121和油相储液装置槽122的开口均朝上。优选地，水相储液装置槽121沿高度方向在储液装置放置部120中延伸，油相储液装置槽122沿高度方向在储液装置放置部120中延伸。上述水相储液装置槽121的具体形状并不受特别限定，其形状取决于水相储液装置的形状，二者适配；同样地，上述油相储液装置槽122的具体形状并不受特别限定，其形状取决于油相储液装置的形状。作为一个具体示例，油相储液装置和水相储液装置均为离心管。作为另一个具体示例，储液装置放置部包括两个水相储液装置槽，由此，可适用不同容量的水相储液装置。

根据本发明的一个具体实施例，水相储液装置槽121设置在储液装置放置部120的靠近水相流道槽的一侧，油相储液装置槽122设置在储液装置放置部120的靠近油相流道槽的一侧，由此，方便水相储液装置槽121中放置的水相储液装置与水相流道槽之间的连接，以及方便油相储液装置槽122中放置的油相储液装置与油相流道槽之间的连接，进一步缩短了微流控芯片与储液装置互连的管道长度，解决了制备过程中的死体积问题，进而避免了样本的浪费。

在本发明的实施例中，参考附图4，芯片放置部110高于储液装置放置部120，由于水相储液装置121-1和油相储液装置的上方需要设置盖子121-2，而盖子121-2也有一定的高度，所以需要确保芯片放置部110高于储液装置放置部120。需要说明的是，附图4是水相储液装置槽121中放置水相储液装置121-1，并在水相储液装置121-1的上方盖上盖子121-2的截面示意图。

优选地，使水相储液装置和水相流道槽之间的连接管处于水平状态，使二者之间的连接管的长度最短，连接管放置在相应的凹槽中使管身低温液化装置100完全接触，使管中流体保持低温。同样地，使油相储液装置和油相流道槽之间的连接管处于水平状态，使二者之间的连接管的长度最短。

在本发明的实施例中，参考附图1和2，制冷板130，制冷板130设置在芯片放置部110和/或储液装置放置部120的至少部分表面。制冷板130的作用是提供低温的来源，使低温液化装置100维持在设定低温下(例如4℃)，确保整个制备过程的恒定低温，解决了现有技术中由于冰箱门无法关闭而产生的温度不稳定问题。优选地，制冷板130设置在储液装置放置部120的相对的两个侧面上，由此，进一步确保了低温液化装置100设定的低温状态。

在本发明的实施例中，上述制冷板的具体类型并不受具体限定，作为一个具体示例，制冷板为半导体制冷板。

在本发明的实施例中，参考附图1和2，低温液化装置100还包括：隔热板140，隔热板140设置在芯片放置部110和/或储液装置放置部120的未设置制冷板的表面，隔热板140的作用是减缓低温液化装置100的散热速度以维持装置温度恒定。优选地，隔热板140设置在储液装置放置部120的除制冷板所在侧面外的剩余两个侧面以及底面上，由此，进一步减缓低温液化装置100的散热速度以维持装置温度恒定。

在本发明的实施例中，低温液化装置100还包括：温度传感器(在图中未示出)，温度传感器设置在芯片放置部110和/或储液装置放置部120上，温度传感器用于实时监测芯片放置部110和/或储液装置放置部120的温度。

在本发明的实施例中，低温液化装置100采用导热性较好的材质，优选铝合金材质，由此，方便制冷板将低温迅速地传导至芯片放置部110和储液装置放置部120，进一步方便低温液化装置100维持在设定低温下。

进一步地，参考附图2和3，温控装置还包括加热固化装置200，加热固化装置200上设有微球流体管202，微球流体管202与微球流体出口流道槽相连，加热固化装置200的作用是对微球流体出口流道槽流出的微球流体进行加热(例如加热至25℃)，使微球流体中的细胞微球固化。根据本发明的一个具体实施例，加热固化装置200包括加热固化板201，微球流体管202弯折平铺固定在加热固化板201上，以增加加热时间，如附图3所示。

采用上述用于体外器官微球制备的温控装置进行温控的方法如下：

(1)打开制冷板的电源开始制冷，使低温液化装置维持在设定低温下(例如4℃)。

(2)将微流控芯片放置于芯片放置槽中，将水相储液装置放置于水相储液装置槽中且盖上盖子，将油相储液装置放置于油相储液装置槽中且盖上盖子，通过连接管将水相储液装置和水相流道槽相连，通过连接管将油相储液装置和油相流道槽相连。

(3)水相储液装置和油相储液装置的进气口分别连接压力控制器，压力控制器由隔膜泵提供动力源，开启动力源，分别调节进入油相储液装置和水相储液装置的压力，油相储液装置内的油相在压力的作用下通过管道(例如PTFE管)流入油相流道槽内，然后流入微流控芯片中。同样地，水相储液装置内的水相在压力的作用下通过管道(例如PTFE管)流入水相流道槽内，然后流入微流控芯片中。流入微流控芯片中的水相和油相在微流控芯片中进行体外器官微球自动化制备，制备后的体外器官微球经微球流体出口流道槽流出低温液化装置，进入加热固化装置，使微球流体中的细胞微球固化。

由此，整个装置操作方便，兼容性高，可广泛应用于体外器官微球制备过程。

下面详细描述本发明的实施例，需要说明的是下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例1

采用附图1和附图2所示的温控装置控制低温液化装置的温度，方法如下：

打开制冷板的电源开始制冷，待低温液化装置的温度至4℃并稳定维持后，将HFE7000加入50ml离心管中，加盖后放入油相储液装置槽中，将来自患者的肠肿瘤细胞与matrigel混合后加入1.5ml离心管中，加盖后放入水相储液装置槽中，盖上方PTFE管分别连接至T型芯片的两个进口，出口处连接另一PTFE管，管子的另一端置于培养皿上方。两个离心管的进气管连接压力控制器，压力控制器由隔膜泵提供动力源，开启动力源，调节进入1.5ml离心管压力为15mbar，进入50ml离心管压力为25mbar，进行体外器官微球自动化制备，制备后的体外器官微球经微球流体出口流道槽流出低温液化装置，进入加热固化装置，使微球流体中的细胞微球固化。固化后的体外器官微球放入培养箱培养5天，可观察到明显的增殖，如图5所示，证明本装置可用于体外器官微球的自动化制备中。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种用于体外器官微球制备的温控装置，其特征在于，包括低温液化装置，所述低温液化装置包括：

芯片放置部，所述芯片放置部上设有芯片放置槽、至少一个油相流道槽、至少一个水相流道槽和至少一个微球流体出口流道槽，所述油相流道槽、所述水相流道槽和所述微球流体出口流道槽分别与所述芯片放置槽相连；

储液装置放置部，所述芯片放置部高于所述储液装置放置部，所述储液装置放置部中设有至少一个水相储液装置槽和至少一个油相储液装置槽，所述水相储液装置槽和所述油相储液装置槽的开口均朝向所述芯片放置部所在方向；

制冷板，所述制冷板设置在所述储液装置放置部的至少部分表面，或者所述芯片放置部和所述储液装置放置部的至少部分表面；

使所述水相储液装置和水相流道槽之间的连接管的长度最短；使油相储液装置和油相流道槽之间的连接管的长度最短；

还包括：加热固化装置，所述加热固化装置上设有微球流体管，所述微球流体管与所述微球流体出口流道槽相连。

2.根据权利要求1所述的用于体外器官微球制备的温控装置，其特征在于，所述低温液化装置还包括：隔热板，所述隔热板设置在所述芯片放置部和/或所述储液装置放置部的未设置所述制冷板的表面。

3.根据权利要求1所述的用于体外器官微球制备的温控装置，其特征在于，所述加热固化装置包括加热固化板，所述微球流体管弯折平铺在所述加热固化板上。

4.根据权利要求1所述的用于体外器官微球制备的温控装置，其特征在于，所述低温液化装置还包括：温度传感器，所述温度传感器设置在所述芯片放置部和/或储液装置放置部上。

5.根据权利要求2所述的用于体外器官微球制备的温控装置，其特征在于，所述制冷板设置在所述储液装置放置部的相对的两个侧面上；

所述隔热板设置在所述储液装置放置部的剩余两个侧面以及底面上。

6.根据权利要求1所述的用于体外器官微球制备的温控装置，其特征在于，所述芯片放置槽的形状可适配T型结构微流控芯片和流体聚焦型微流控芯片，所述油相流道槽包括两个，所述水相流道槽包括两个，所述微球流体出口流道槽包括一个。

7.根据权利要求6所述的用于体外器官微球制备的温控装置，其特征在于，所述水相储液装置槽设置在所述储液装置放置部的靠近所述水相流道槽的一侧，所述油相储液装置槽设置在所述储液装置放置部的靠近所述油相流道槽的一侧。

8.根据权利要求1所述的用于体外器官微球制备的温控装置，其特征在于，所述水相储液装置槽沿高度方向在所述储液装置放置部中延伸，所述油相储液装置槽沿所述高度方向在所述储液装置放置部中延伸。

9.根据权利要求1所述的用于体外器官微球制备的温控装置，其特征在于，所述制冷板为半导体制冷板；

所述低温液化装置采用铝合金材质。